什么是心率和心率变异性？如何分析？

Hello，这里是行上行下，我是Mona~

今天给大家简单介绍一下心率和心率变异性，希望对大家有所帮助。

心脏，是生命的发动机。

心跳就如呼吸一样一直伴随着我们，以至于只有它出现异常时我们才会意识到它的重要性。

日常生活中，不少运动爱好者为在运动时获得最大效益，会关注和追踪个人心率与心率区间，然而，普通人群却很少关注。

可是，心率是身体健康的一个重要指南针。除了心脏安全和健康之外，在很多科学研究中，心率常常被视为压力的生理指标之一哦。

心跳的指标除了大家比较常听到的心率，还有一个日常接触较少但十分重要的指标，就是心率变异性。关于心率和心率变异，你知道多少呢？

1.什么是心率？

心率（heart rate，HR）是指每分钟心脏跳动的次数。

如何获取心率呢？每次体检的时候，医生会通过专业心电设备获得你的心率数据，或者最简单直接的一种方式就是计时1分钟，摸手腕上的脉搏， 1分钟内的脉搏次数就是你此时的心率。

常用的设备包括心率带、心率手环等便携式设备，方便较长时间或运动状态下的心率监测。一般来说，成人正常静息状态下的心率范围是在：60-100次/分钟之间。

睡觉和休息时，心跳会减慢，心率会变得比较低，而当在特殊情况下，比如公众演讲、竞技比赛或表白的时候，“战斗或逃跑”状态被唤醒，我们的心率会骤然升高。

2.什么是心率变异性？

健康的心跳是处于不断变化中的，而不是匀速跳动。比如，看着心率设备上的数字，你此时的心率是60，并不意味你的心脏每1秒钟就跳1下。

有可能是，这次心跳和下次心跳间隔是1.22秒，而下次心跳和再下次心跳是0.91秒，最后平均下来一分钟共跳了60次。

我们看见心率设备上显示的实时心率是根据上一次心跳和此时心跳的间隔时间计算出来的，这也是为什么实时的心率是不断的变化而不是固定不变的原因。

而心率变异性（heart rate variability，HRV）就是指心跳和心跳之间快慢的变化情况。

如果每两次心跳间隔与间隔的差异不大，那么HRV就比较低，反之，每两次心跳间隔与间隔差异比较大，那么HRV就比较高。

心跳与心跳的间隔时间一般以毫秒为单位，是以心电信号波群中的峰值R与R点的间期来计算的（R-R Interval）。

HRV常常用作反映自主神经系统平衡的功能。通常来说，HRV越高越好，代表着更好的心血管功能和抗压能力。 

3.心率变异性数据如何获得？

市面上，有一些智能手环、胸带、指环和手表都支持心率变异性的监测，比如小米手环、Apple Watch 等。

但是有的朋友不只是为了监测自己的心跳，更想获得心率原始数据进行分析和科学研究，因此，对设备提出了不同的需求。            

这里分享给大家的设备叫BITalino (r)evolution Board Kit BT；(http://bitalino.com/en/)

将它佩戴在志愿者身上，可以通过电脑上的OpenSignals (r)evolution 软件收集捕捉到的心电数据，这是一个便携、稳定且性价比高的设备。

4.如何分析心率数据？

我们采集到了心电数据之后，在进行统计分析之前，需要进行一些预处理分析，转换成可以统计的数值。

其实，不管是心率还是心率变异性的数据，都源自于设备捕捉到的心脏活动变化的电压值。

心率齐的，一般心率等于60除以RR或PP间期平均时间。若心律不齐，需要先测量五个波形的PP或RR间期，除以5得到一个PP或RR间期，然后再用公式：心率=60/(PP或RR间期)。

心率变异性的计算方法有多种。1996年，欧洲心脏病学会和北美起搏与电生理协会组成的专家组共同编写了HRV的指南，将HRV的分析方法分为两大类：

时域分析法和频域分析法。比如，SDNN、RMSSD属于时域法。

SDNN是 RR间期的标准差，RMSSD是RR间期差值的均方根。频域法是通过将心率信号分解成不同频率段的功率，再进行分析的方法。

比如使用傅里叶变换可将RR间期数据转换为频谱形式比如，低频（LF, 0.04~0.15Hz）和高频（HF, 0.15~0.4Hz）。除此之外，还有Poincare散点法和呼吸窦性心律不齐（RSA）等。

这里就跟大家简要介绍一下如何用MATLAB (MathWorks. Inc)分析心率数据。

第一步，将获得数据先由.txt格式转换成.mat格式。使用Pan-Tompkins算法从电信号QRS波群中识别出R点，计算出R波之间的时间，即R和R之间的间隔（R-R-Intervals）。

第二步，对R-R-Intervals 插入值，进行重采样。

第三步，使用高通滤波器对重采样后的R-R-Intervals进行过滤，过滤掉低频信号。

第四步，使用时变自回归模型（time-varying autoregressive，TVAR）将数据转换为频谱形式，这个模型能捕捉到心率变异在特定时间的某一频率的强度。

以上就是对心率数据分析的大体步骤了。 

参考文献：

• Heart ratevariability. Standards of measurement, physiological interpretation, andclinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the NorthAmerican Society of Pacing and Electrophysiology. (1996). European heart journal, 17(3),354–381.

• Luo, X., Liu, J.,& Che, X. (2019). Investigating the Influence and a Potential Mechanism ofSelf-compassion on    Experimental Pain:Evidence from a Compassionate Self-talk Protocol and Heart Rate Variability. The Journal of Pain. https://doi.org/10.1016/j.jpain.2019.11.006

• 陈尔冬, & 周菁. (2014). 心率变异性的研究及应用进展. 心血管病学进展(04) 435-439.

• 作者：Mona

• 排版：青柚